水泵試驗(yàn)報(bào)告

水泵實(shí)驗(yàn)報(bào)告〔附實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書〕學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師蘭州交通大學(xué)流體工程教研室年月日一、實(shí)驗(yàn)裝置整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置工藝系統(tǒng)圖見圖1。本實(shí)驗(yàn)裝置為一綜合性實(shí)驗(yàn)裝置，可進(jìn)行水泵根本性能實(shí)驗(yàn)、水泵并聯(lián)實(shí)驗(yàn)、水泵串聯(lián)實(shí)驗(yàn)和水泵汽蝕性能實(shí)驗(yàn)。主要由以下局部組成：地下蓄水池、吸水管、閥1、閥2、機(jī)械真空表、電子真空表、U形管水銀真空計(jì)、真空泵、真空管、真空閥10、真空閥11、氣水別離器、水泵機(jī)組Ⅰ〔左側(cè)水泵機(jī)組，主要用于水泵根本性能實(shí)驗(yàn)、并聯(lián)實(shí)驗(yàn)和串聯(lián)實(shí)驗(yàn)〕、水泵機(jī)組Ⅱ〔右側(cè)水泵機(jī)組，主要用于并聯(lián)實(shí)驗(yàn)、串聯(lián)實(shí)驗(yàn)和汽蝕性能實(shí)驗(yàn)〕、真空罐〔用于汽蝕性能實(shí)驗(yàn)〕、機(jī)械壓力表、電子壓力表、U形管水銀壓力計(jì)、渦輪流量計(jì)、電流表、電壓表、功率表、光電轉(zhuǎn)速表、壓力水管、閥3～閥9、三角堰、真空罐、溫度計(jì)、閥12～閥15等〔見圖1〕。1.吸水管路系統(tǒng)由直管段、彎頭、法蘭等組成。水泵在啟動(dòng)前，應(yīng)使吸水管和水泵內(nèi)部充滿水。本裝置在水泵吸入口處留有抽真空接管〔用于抽氣引水〕并安裝有真空表。2.抽水機(jī)組由離心泵及其配套電機(jī)等組成。水泵與電機(jī)采用直接傳動(dòng)方式。3.壓水管路系統(tǒng)由直管段、彎頭、法蘭和閥門等組成。水泵出口閥門用于水泵的啟動(dòng)、停車、調(diào)節(jié)流量和并、串聯(lián)工作的控制。4.根本參數(shù)測(cè)量、顯示與控制系統(tǒng)在水泵入口處連接有機(jī)械真空表、電子真空表和U形管水銀真空計(jì)，在水泵出口處連接有機(jī)械壓力表、電子壓力表和U形管水銀壓力計(jì)，分別用于測(cè)定水泵進(jìn)口的真空值和出口的壓力值。功率表用于測(cè)定電機(jī)的輸入功率Np，并根據(jù)電機(jī)的根本性能曲線之一可查得相應(yīng)的輸出功率。U形水銀真空計(jì)、壓力計(jì)以及功率表等均安裝于控制顯示面板上，如圖3所示。水泵的流量用三角堰測(cè)量，〔測(cè)量原理請(qǐng)參看有關(guān)流體力學(xué)書籍〕。水泵的轉(zhuǎn)速可用光電轉(zhuǎn)速表測(cè)定。22225.抽氣充水系統(tǒng)由真空泵、集水瓶〔水氣別離器〕和相應(yīng)的管道系統(tǒng)組成，見圖3所示。33二、實(shí)驗(yàn)1水泵根本性能實(shí)驗(yàn)〔一〕目的要求掌握水泵主要性能參數(shù)的測(cè)量方法，了解水泵實(shí)驗(yàn)裝置的組成和操作過程；掌握水泵實(shí)驗(yàn)性能曲線〔Q～H、Q～N、Q～〕的繪制，并能運(yùn)用該曲線分析水泵的工作性能和啟動(dòng)方式?！捕硨?shí)驗(yàn)裝置水泵根本性能實(shí)驗(yàn)如圖4所示?！踩硨?shí)驗(yàn)原理水泵的根本性能參數(shù)有流量Q、揚(yáng)程H、軸功率N、轉(zhuǎn)速n、效率η、允許吸上真空高度。在n不變的情況下，其它性能參數(shù)〔揚(yáng)程H、軸功率N、效率η和允許吸上真空高度等〕與流量Q之間的關(guān)系圖〔Q～H、Q～N、Q～η、Q～HS等〕，稱為水泵根本性能曲線。水泵根本性能曲線分為理論性能曲線和實(shí)驗(yàn)性能曲線，理論性能曲線是利用理論分析的方法得到的；而實(shí)驗(yàn)性能曲線是采用試驗(yàn)方法求得。試驗(yàn)時(shí)可調(diào)節(jié)水泵出口閥以獲得水泵的各種工況，并測(cè)定各工況點(diǎn)的參數(shù)值，將各工況點(diǎn)點(diǎn)繪在坐標(biāo)紙上以得到實(shí)驗(yàn)性能曲線。離心泵的工作原理和特性曲線等詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)復(fù)習(xí)《水泵與水泵站》教材中有關(guān)章節(jié)。本實(shí)驗(yàn)將測(cè)定Q～H、Q～N，并計(jì)算繪制出Q～實(shí)驗(yàn)性能曲線。水泵各根本性能參數(shù)的測(cè)定原理如下：1.水泵揚(yáng)程H的測(cè)定根據(jù)水泵揚(yáng)程的定義，建立水泵進(jìn)出口斷面的能量方程式，得水泵揚(yáng)程計(jì)算公式為：⑴式中：H——水泵的揚(yáng)程〔m〕；Hd、HV——水泵出口、進(jìn)口斷面的壓強(qiáng)高度和真空高度〔m〕；△Z——水泵出口、進(jìn)口兩斷面中心點(diǎn)的位置高差〔m〕；——水泵出口、進(jìn)口兩斷面流速水頭差〔m〕。根據(jù)U形水銀真空計(jì)和水銀壓力計(jì)工作原理和測(cè)量數(shù)據(jù)，寫出水泵吸揚(yáng)程HV、水泵壓揚(yáng)程Hd和總揚(yáng)程H計(jì)算公式，并將各組計(jì)算結(jié)果記于表1—3中。水泵吸水揚(yáng)程：HV=〔▽1－▽2〕⑵水泵壓水揚(yáng)程：Hd〔▽3－▽4〕+〔▽4－▽b〕⑶式中：——U形水銀真空計(jì)的上部液面標(biāo)高〔m〕；——U形水銀真空計(jì)的下部液面標(biāo)高〔m〕；——U形水銀壓力計(jì)的上部液面標(biāo)高〔m〕；——U形水銀真空計(jì)的下部液面標(biāo)高〔m〕；——水泵基準(zhǔn)面的標(biāo)高〔m〕。通常抽水裝置中的位置高差△Z和流速水頭差之和與水泵揚(yáng)程相比甚小，可忽略不計(jì)，那么水泵總揚(yáng)程可近似表示為：=13.6〔▽1＋▽3－▽2－▽4〕+〔▽4－▽b〕⑷即水泵的揚(yáng)程近似的等于其出口壓力計(jì)和進(jìn)口真空計(jì)的讀數(shù)之和所轉(zhuǎn)換的米水柱。的測(cè)定水泵的流量采用三角薄壁堰或渦輪流量計(jì)測(cè)定。本試驗(yàn)采用三角堰測(cè)定，詳見試驗(yàn)步驟。根據(jù)所測(cè)三角堰堰頂標(biāo)高▽0和三角堰水面標(biāo)高▽，計(jì)算堰上作用水頭為：h=▽－▽0〔m〕⑸流量為：Q〔m3/s〕⑹將計(jì)算結(jié)果記于表1—3。的測(cè)定水泵的有效功率〔即水泵輸出功率〕為⑺式中：——水的容重〔可取KN/m3〕。水泵的軸功率可用下式計(jì)算：⑻式中：——水泵的效率〔%〕；——配用電機(jī)的輸入功率，可用功率表測(cè)量；——電機(jī)的效率〔%〕，可從電機(jī)性能曲線或電機(jī)銘牌查得；——傳動(dòng)效率，本裝置為直接傳動(dòng)，可取=100%。4.水泵轉(zhuǎn)速n的測(cè)定水泵轉(zhuǎn)速可用光電轉(zhuǎn)速表測(cè)定。5.水泵效率水泵效率可用下式計(jì)算：﹪⑼〔四〕操作的方法步驟熟悉實(shí)驗(yàn)裝置組成及其操作方法步驟。包括：管路的連接，各閥的開關(guān)；水泵及真空泵的啟動(dòng)和停機(jī)方法步驟；水銀真空計(jì)、水銀壓力計(jì)和三角堰等的原理和使用方法。記錄有關(guān)常數(shù)。裝置編號(hào)No、銘牌參數(shù)及實(shí)驗(yàn)常數(shù)〔記入表1—1〕。關(guān)閉水泵出口上部出水管閥3，開啟閥1和真空閥11，啟動(dòng)真空泵，用真空泵抽取水泵及吸水管內(nèi)空氣，使水泵內(nèi)部充水，待水氣別離器內(nèi)真空管出口連續(xù)出水為止。充水完成后即可按下主機(jī)組啟動(dòng)按扭，啟動(dòng)主水泵，同時(shí)關(guān)閉真空閥1和真空泵。待壓力表讀數(shù)上升根本穩(wěn)定后，開啟水泵出口閥3至全開狀態(tài)。待運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，用光電轉(zhuǎn)速表測(cè)定水泵轉(zhuǎn)速，用三角堰測(cè)量流量，并讀出各壓力計(jì)和各真空計(jì)讀數(shù)，用功率表測(cè)定電機(jī)輸入功率。記錄該組數(shù)據(jù)分別于表1—2和表1—3中。逐漸關(guān)小水泵出口閥3調(diào)整流量至某一工況點(diǎn)，測(cè)定相應(yīng)數(shù)據(jù)值〔、▽和等〕。依照以上方法在閥門全開至完全關(guān)閉的過程中至少取5個(gè)工況點(diǎn)〔包括閥門全開的滿載工況和流量為零的空載工況〕，測(cè)定各組數(shù)據(jù)并記錄于表1—2和表1—3中。再從閥門關(guān)閉到全開的過程中選取至少4個(gè)工況點(diǎn)，分別測(cè)取和記錄各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。關(guān)閉水泵出口閥〔3〕，待完全關(guān)閉后，關(guān)閉主機(jī)組。閥調(diào)節(jié)和參數(shù)測(cè)量時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)性能曲線點(diǎn)位盡量均勻分布，9個(gè)工況點(diǎn)中，最高效率工況點(diǎn)附近至少要有2個(gè)點(diǎn)。并測(cè)出閥全關(guān)和全開時(shí)的有關(guān)參數(shù)。計(jì)算各組的揚(yáng)程H、有效功率Nu、軸功率N和效率η，均填于表1—3中。根據(jù)表1—2中所計(jì)算的各參數(shù)值，在坐標(biāo)紙上采用描點(diǎn)、連線的方法，分別繪出Q～H、Q～N和Q～特性曲線。表1.1實(shí)驗(yàn)裝置編號(hào)No水泵銘牌參數(shù)型號(hào)流量揚(yáng)程軸功率效率允許吸上真空高度測(cè)點(diǎn)高程和高差三角堰堰頂標(biāo)高▽0=m水泵軸線標(biāo)高▽b=m其它(五)實(shí)驗(yàn)分析與討論選擇空載工況、滿載工況和任一中間工況，比擬水銀真空計(jì)與真空表、水銀壓力計(jì)與壓力表的測(cè)量結(jié)果，試找出差異并分析原因。試說明影響水泵進(jìn)口真空值的因素有哪些？影響水泵出口壓力值的因素又有哪些？根據(jù)所繪出的Q～H、Q～N和Q～性能曲線，確定該泵在最高效率點(diǎn)的參數(shù)，并與水泵銘牌參數(shù)比擬。假設(shè)按不低于最高效率的10%作為水泵特性曲線的高效段，試在特性曲線上畫出該泵的高效段，并給出該水泵性能表〔左極限工況點(diǎn)、額定工況點(diǎn)和右極限工況點(diǎn)的流量、揚(yáng)程、功率、效率等〕。試驗(yàn)組序號(hào)進(jìn)口真空測(cè)量出口壓力測(cè)量真空表讀數(shù)水銀真空計(jì)讀數(shù)〔cm〕真空高度HV(m)壓力表讀數(shù)水銀壓力計(jì)讀數(shù)壓力高度Hd(m)▽1▽2〔▽1－▽2〕▽3▽4〔▽3－▽4〕〔▽4－▽b〕123456789表1—2水泵進(jìn)口真空和出口壓力測(cè)量表水泵軸線相對(duì)高程▽b=cm。表1—3水泵性能試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量及計(jì)算表試驗(yàn)組序號(hào)123456789轉(zhuǎn)速〔〕流量Q〔l/s〕三角堰水面高度▽三角堰溢流水頭h流量Q〔l/s〕揚(yáng)程壓力高度Hd〔m—H2O〕真空高度HV〔m—H2O〕H=HV+Hd有效功率QH/1000〔kw〕功率〔KW〕電機(jī)輸入功率電機(jī)效率水泵軸功率效率三角堰頂點(diǎn)高程圖5離心泵實(shí)驗(yàn)性能曲線二、實(shí)驗(yàn)2水泵并聯(lián)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)〔一〕實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?〕繪制水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)Q～H曲線，了解該曲線與單泵運(yùn)行時(shí)水泵性能曲線之間的區(qū)別與聯(lián)系?！?〕通過實(shí)驗(yàn)了解水泵并聯(lián)實(shí)驗(yàn)裝置，加深對(duì)水泵并聯(lián)運(yùn)行特性的理解?！捕硨?shí)驗(yàn)裝置圖5為水泵并聯(lián)抽水裝置示意圖?！踩硨?shí)驗(yàn)步驟關(guān)閉閥3、閥4和閥5〔見圖1、圖6〕，打開閥1、閥2、閥6、閥10、閥11，啟動(dòng)真空泵進(jìn)行抽氣充水，抽氣充水完成后，6翻開閥3、閥4，由泵I和泵Ⅱ?qū)⑽?中的水抽送出水管，集合后，經(jīng)量水堰13、回水管回到吸水池，從而形成水泵并聯(lián)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中需調(diào)節(jié)閥3和閥4，使并聯(lián)泵出口壓力表讀數(shù)根本相等。記錄其中兩臺(tái)泵的流量、單泵的真空表讀數(shù)H真和壓力表讀數(shù)p壓，并根據(jù)單泵所對(duì)應(yīng)的流量值，計(jì)算并聯(lián)泵的揚(yáng)程。量水堰所測(cè)得的流量為并聯(lián)系統(tǒng)的流量。〔四〕實(shí)驗(yàn)分析與討論根據(jù)上述測(cè)量和計(jì)算的成果，在同一張圖上繪出I泵和Ⅱ泵的性能曲線〔Q～H〕I或〔Q～H〕Ⅱ，繪出兩臺(tái)泵并聯(lián)的綜合性能曲線～。再根據(jù)I泵、Ⅱ泵單獨(dú)運(yùn)行的性能曲線，按照水泵并聯(lián)時(shí)同揚(yáng)程下流量相加，繪出并聯(lián)的性能曲線，與測(cè)得的結(jié)果比擬，如二者有差異，分析原因，提出處理意見。表2—1水泵進(jìn)口真空和出口壓力測(cè)量表試驗(yàn)組序號(hào)進(jìn)口真空測(cè)量出口壓力測(cè)量真空表讀數(shù)水銀真空計(jì)讀數(shù)〔cm〕真空高度HV(m)壓力表讀數(shù)水銀壓力計(jì)讀數(shù)壓力高度Hd(m)▽1▽2〔▽1－▽2〕▽3▽4〔▽3－▽4〕〔▽4－▽b〕123456789水泵軸線相對(duì)高程▽b=cm。表2—2水泵性能試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量及計(jì)算表試驗(yàn)組序號(hào)123456789轉(zhuǎn)速〔〕流量Q〔l/s〕三角堰水面高度▽三角堰溢流水頭h流量Q〔l/s〕揚(yáng)程壓力高度Hd〔m—H2O〕真空高度HV〔m—H2O〕H=HV+Hd有效功率QH〔kw〕功率〔KW〕電機(jī)輸入功率電機(jī)效率水泵軸功率效率三角堰頂點(diǎn)高程圖7兩臺(tái)同型號(hào)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)確定圖實(shí)驗(yàn)3水泵串聯(lián)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)〔一〕實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?〕了解水泵串聯(lián)實(shí)驗(yàn)裝置?！?〕確定水泵串聯(lián)運(yùn)行時(shí)Q～H曲線，了解該曲線與單泵運(yùn)行時(shí)水泵性能曲線之間的關(guān)系?！?〕通過實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)水泵串聯(lián)運(yùn)行特性的理解?！捕硨?shí)驗(yàn)裝置圖6為水泵串聯(lián)抽水裝置示意圖?！踩硨?shí)驗(yàn)步驟關(guān)閉真空閥2〔見圖1、圖6、圖8〕、閥3～閥6、閥10，翻開真空閥1、閥11、對(duì)水泵Ⅰ進(jìn)行抽氣充水，泵Ⅰ壓力根本穩(wěn)定后，翻開閥3和閥5，關(guān)閉真空，閥11再啟動(dòng)泵Ⅱ。翻開閥4，由泵Ⅰ將吸水池中的水抽送至泵Ⅱ進(jìn)口，經(jīng)泵Ⅱ和出水管輸送至量水堰，并返回吸水池形成循環(huán)，構(gòu)成水泵串聯(lián)系統(tǒng)。將泵Ⅱ進(jìn)水側(cè)的真空表換上壓力8表，記錄泵Ⅰ真空表15的讀數(shù)和泵Ⅰ8壓力表17、泵Ⅱ壓力表16、18的讀數(shù)，并按式⑾計(jì)算泵的總揚(yáng)程，即⑽式中：——I泵真空表讀數(shù)所轉(zhuǎn)換的米水柱，kPa；——I泵出口、Ⅱ泵進(jìn)出口處壓力表讀數(shù)，kPa；——壓力表18中心至真空表17測(cè)點(diǎn)的高差，m；、——泵I吸水口處、泵Ⅱ出水口處的平均流速，m／s。〔四〕課外作業(yè)根據(jù)上述測(cè)量和計(jì)算的成果，在同一張圖上繪出I泵和Ⅱ泵的性能曲線〔Q～H〕I，〔Q～H〕Ⅱ，繪出兩臺(tái)泵串聯(lián)的性能曲線～。再根據(jù)I泵、Ⅱ泵單獨(dú)運(yùn)行的性能曲線，根據(jù)水泵串聯(lián)時(shí)，同流量下?lián)P程相加，繪出串聯(lián)的性能曲線，與測(cè)得的結(jié)果比擬，如二者有差異，分析原因，提出處理意見。表3—1水泵進(jìn)口真空和出口壓力測(cè)量表水泵軸線相對(duì)高程▽b=cm。試驗(yàn)組序號(hào)進(jìn)口真空測(cè)量出口壓力測(cè)量真空表讀數(shù)水銀真空計(jì)讀數(shù)〔cm〕真空高度HV(m)壓力表讀數(shù)水銀壓力計(jì)讀數(shù)壓力高度Hd(m)▽1▽2〔▽1－▽2〕▽3▽4〔▽3－▽4〕〔▽4－▽b〕123456789表3—2水泵性能試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量及計(jì)算表試驗(yàn)組序號(hào)123456789轉(zhuǎn)速〔〕流量Q〔l/s〕三角堰水面高度▽三角堰溢流水頭h流量Q〔l/s〕揚(yáng)程壓力高度Hd〔m—H2O〕真空高度HV〔m—H2O〕H=HV+Hd有效功率QH/1000〔kw〕功率〔KW〕電機(jī)輸入功率電機(jī)效率水泵軸功率效率三角堰頂點(diǎn)高程圖9兩臺(tái)同型號(hào)泵串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)確定圖實(shí)驗(yàn)4水泵汽蝕性能實(shí)驗(yàn)〔一〕實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?〕觀察和了解水泵汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)水泵工作性能的影響。〔2〕通過測(cè)繪水泵的汽蝕性能曲線，加深對(duì)葉片泵汽蝕理論的理解。〔3〕了解影響水泵汽蝕的主要因素及防治汽蝕的措施，進(jìn)一步理解計(jì)算確定水泵安裝高度的意義?！捕硨?shí)驗(yàn)裝置1010圖10為一閉式離心泵汽蝕試驗(yàn)裝置示意圖，實(shí)驗(yàn)泵從密封儲(chǔ)水罐內(nèi)吸水并通過與水泵和密封罐連通的出水管形成閉式循環(huán)，故稱為封閉式水泵試驗(yàn)臺(tái)。為便于觀察汽蝕發(fā)生和開展的過程，密封罐和吸水管可用透明的有機(jī)玻璃制做。實(shí)驗(yàn)中采用的設(shè)備及測(cè)量?jī)x表如下：〔1〕管道流量計(jì)——測(cè)量水泵流量?！?〕壓力表及真空表——測(cè)量水泵揚(yáng)程。〔3〕密封儲(chǔ)液罐——調(diào)整水泵進(jìn)口真空值及用以觀察汽蝕現(xiàn)象?！?〕水泵機(jī)組?！?〕真空泵機(jī)組——形成密封罐內(nèi)的真空?！踩硨?shí)驗(yàn)原理在水泵工作范圍內(nèi)使其流量保持為一定值，通過加大水泵進(jìn)口的真空度來減小有效汽蝕余量，使其等于或小于水泵臨界汽蝕余量，形成水泵汽蝕。找到該流量下的臨界汽蝕余量，即。每改變一次水泵進(jìn)口的真空度，同時(shí)讀取水泵進(jìn)口真空表讀數(shù)和出口壓力表讀數(shù)，并計(jì)算出該流量下的水泵揚(yáng)程H及有效汽蝕余量，并繪制～關(guān)系曲線，據(jù)以找出該流量下的臨界汽蝕余量。對(duì)每一流量進(jìn)行6～8次實(shí)驗(yàn)，測(cè)定6個(gè)以上不同流量下的值，再根據(jù)，即可繪出水泵的～曲線，〔m〕即為水泵的允許汽蝕余量，從而可得～曲線，或轉(zhuǎn)換得到～曲線。1．揚(yáng)程H〔m〕⑾2．有效汽蝕余量〔m〕⑿式中：——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，kPa；——實(shí)驗(yàn)水溫下的汽化壓力，kPa；——水泵進(jìn)田真空表讀數(shù)，kPa；、——水泵進(jìn)、出口測(cè)壓斷面流速，m／s。3．臨界汽蝕余量一般根